JPH05247658A - 金属酸化物薄膜の形成方法 - Google Patents

金属酸化物薄膜の形成方法

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JPH05247658A
JPH05247658A JP4045351A JP4535192A JPH05247658A JP H05247658 A JPH05247658 A JP H05247658A JP 4045351 A JP4045351 A JP 4045351A JP 4535192 A JP4535192 A JP 4535192A JP H05247658 A JPH05247658 A JP H05247658A
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JP
Japan
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thin film
metal oxide
substrate
oxide thin
region
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JP4045351A
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English (en)
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Junji Noma
淳史 野間
Daisuke Ueda
大助 上田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5027Oxide ceramics in general; Specific oxide ceramics not covered by C04B41/5029 - C04B41/5051

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に塗布されたゾルゲル溶液の所望の領
域のみを結晶化させ、基板表面に損傷を与えることなく
所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成する。 【構成】 酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロ
パノール溶液2をスピンコーティング法により基板1上
に塗布し、50keVの電子ビーム3を所望の領域に照
射し、電子ビーム照射による熱エネルギーによって照射
領域の溶液のみを結晶化させチタン酸鉛薄膜4とする。
さらにフッ酸の30倍希釈水溶液に1分間浸せきし、照
射領域以外の溶液を除去し、所望の領域のみに形成され
たチタン酸鉛薄膜4を得る。この構成により、基板表面
に損傷を与えることなく所望の領域のみに金属酸化物薄
膜を形成させることができ、基板上の全面に金属酸化物
薄膜を形成した後に物理的エッチングにより不要部分を
除去する従来方法での問題点であった基板表面損傷によ
るデパイス特性劣化が解消される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリーや半導
体集積回路等に応用される基板上への金属酸化物薄膜の
形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体メモリーや半導体集積回路
の特性向上を目的として、誘電性や磁性あるいはその他
の機能を有する金属酸化物の薄膜を基板上に形成する技
術が広く研究開発されている。中でも、金属アルコキシ
ド,金属塩、または有機金属化合物の水または有機溶媒
溶液を基板上に塗布し、加熱により溶媒を蒸発除去しな
がら溶液を結晶化させ金属酸化物薄膜を形成させるいわ
ゆるゾルゲル法は、簡便で量産性に富むばかりでなく、
得られる金属酸化物の純度が高く、粒径分布の均一性や
異種元素の添加量・分布の均一性にも優れており、半導
体デバイスに適用しうる信頼性の高い金属酸化物薄膜の
形成法として注目されている。
【0003】以下、図面を参照しながらゾルゲル法を用
いた従来の基板上への金属酸化物薄膜の形成方法につい
て説明する。
【0004】図3はゾルゲル法を用いて基板上の任意の
領域に金属酸化物薄膜を形成する従来の工程を示す図で
ある。1は基板、13は金属アルコキシド,金属塩、ま
たは有機金属化合物の水または有機溶媒溶液(以下これ
をゾルゲル溶液と呼ぶ)、14は金属酸化物薄膜、15
はフォトレジスト、16はArイオンビームである。
【0005】まず、図3(a)のように必要な金属元素
が所望の組成比になるように調整されたゾルゲル溶液1
3をスピンコーティング等の手法で基板1上へ均一に塗
布する。次にこれを昇温して熱エネルギーにより溶媒の
蒸発と溶液の結晶化を進行させ、図3(b)のように金
属酸化物薄膜14を得る。
【0006】半導体デバイスに応用する場合には、基板
1上の全面ではなく所望の領域のみに金属酸化物薄膜1
4を形成する必要が生じる。この場合には通常、図3
(c)に示すようにリソグラフィー技術を用いて所望の
領域のみにマスクとなるフォトレジスト15を形成し、
それ以外の領域の薄膜を湿式エッチングやガスエッチン
グ等の化学的エッチングにより除去する。しかしなが
ら、ゾルゲル法により形成された結晶化した金属酸化物
薄膜14は非常に安定で、化学的エッチングでは容易に
除去されない場合が多い。そこで、図3(d)に示すよ
うに高エネルギーのArイオンビーム16を照射し物理
的にエッチングを行う。最後にフォトレジストを除去す
れば図3(e)に示すように基板1上の所望の領域のみ
に形成された金属酸化物薄膜14が得られる。
【0007】また、図4は上記従来方法をGaAsモノ
リシック集積回路作製におけるキャパシタ用誘電体薄膜
形成工程に適用した場合の作製工程図である。
【0008】図4において、2は酢酸鉛とチタンイソプ
ロポキシドのイソプロパノール溶液、4はチタン酸鉛薄
膜、5は半絶縁性GaAs基板、6はイオン注入領域、
7は絶縁膜、8はキャパシタ下側電極、9はキャパシタ
上側電極、10はオーミック電極、11はショットキー
電極、12は配線金属、15はフォトレジスト、16は
Arイオンビームである。
【0009】まず、図4(a)に示すようにイオン注入
とアニールにより動作層(FET部と抵抗部)を形成し
た基板5上に絶縁膜7とキャパシタ下側電極8を蒸着す
る。次に図3(b)に示すようにスピンコーティング法
により酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノ
ール溶液2を塗布し、アニールして図4(c)に示すよ
うにチタン酸鉛薄膜4を形成した後、図4(d)に示す
ようにキャパシタ上側電極9を蒸着する。次に図4
(e)に示すようにキャパシタ形成領域のみにフォトレ
ジスト15を形成し、これをマスクとしてこの領域以外
のキャパシタ上側電極9とチタン酸鉛薄膜4をArイオ
ンビーム16照射による物理的エッチング(イオンミリ
ング)によって図4(f)に示すように除去する。レジ
スト除去後、図4(g)に示すように再び同様にしてキ
ャパシタ下側電極8をエッチングする。さらに図4
(h)に示すように動作層上の絶縁膜7をエッチングし
てオーミック電極10およびショットキー電極11を形
成した後、図4(i)に示すように再び絶縁膜7を蒸着
して各電極上にコンタクト窓を形成し、最後に配線金属
12を形成する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
基板上に塗布されたゾルゲル溶液を結晶化する工程で基
板全体を昇温するため、金属酸化物薄膜が基板上の全面
に形成される。従って、実際の半導体デバイスへの応用
において所望の領域のみに金属酸化物薄膜を形成する場
合には、基板上の全面に形成された金属酸化物薄膜の不
要な部分を高エネルギーArイオンビーム照射等の物理
的エッチングを用いて除去しなければならない。
【0011】しかしながら、この高エネルギービーム照
射によるエッチングは照射領域の基板表面に多大の損傷
を与えるため、基板表面近傍に結晶欠陥が発生し、デバ
イス全体の特性の劣化を招くという問題点があった。通
常のデバイス製造工程では、照射領域の基板表面近傍に
は前記のようにトランジスタ,ダイオード,抵抗等の他
の素子が既に作り込まれていることが多く、基板損傷に
よる影響は極めて重大である。
【0012】本発明は上記課題を解決するもので、基板
上に塗布されたゾルゲル溶液の所望の領域のみを結晶化
させ、基板表面に損傷を与えることなく所望の領域のみ
に金属酸化物薄膜を形成する金属酸化物薄膜の形成方法
を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の金属酸化物薄膜の形成方法は、基板上に塗
布されたゾルゲル溶液を電子ビーム,イオンビームまた
はレーザ光の照射により結晶化させる工程を有し、ま
た、照射領域以外の溶液を適当な溶剤を用いて除去する
工程を有する構成による。
【0014】
【作用】上記構成により、電子ビーム,イオンビームま
たはレーザ光の照射により発生する熱エネルギーによっ
て、基板上に塗布されたゾルゲル溶液の全面ではなくそ
れらを照射した領域のみを選択的に結晶化させ、金属酸
化物薄膜とすることが可能である。また、結晶化した金
属酸化物薄膜は湿式エッチングに対して非常に安定であ
るが、ゾルゲル溶液は湿式エッチングにより容易に除去
できるので、電子ビーム,イオンビームまたはレーザ光
の照射後に適切なエッチング溶剤を用いて湿式エッチン
グを施すことにより照射領域以外のゾルゲル溶液のみを
除去することが可能である。
【0015】すなわち、基板上に塗布されたゾルゲル溶
液のうちの金属酸化物薄膜を形成させたい領域のみに電
子ビーム,イオンビームまたはレーザ光を照射し、さら
に湿式エッチングを施すことにより、基板上の所望の領
域のみに金属酸化物薄膜を形成することが可能となる。
この際、不要な領域の除去に湿式エッチングを用いるの
で、基板表面に何らの損傷も与えることなく所望の領域
のみに金属酸化物薄膜を形成させることができ、物理的
エッチングを用いた場合の基板損傷によるデバイス特性
劣化を解消することができる。
【0016】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0017】図1は本発明の一実施例における基板上へ
の金属酸化物薄膜の形成方法を示す工程図である。図1
において、1は基板、2は酢酸鉛とチタンイソプロポキ
シドのイソプロパノール溶液、3は電子ビーム、4はチ
タン酸鉛薄膜である。
【0018】まず、酢酸鉛とチタンイソプロポキシドの
イソプロパノール溶液2をスピンコーティング法により
図1(a)のようにGaAs基板1上に塗布し、200
℃のホットプレート上で5分間ベーキングを行った。次
に、この基板に電子ビーム露光装置を用いて、図1
(b)のように50keVの電子ビーム3を幅5μmの
ストライプ状に照射し、さらにフッ酸の30倍希釈水溶
液に1分間浸せきした後、水洗いした。
【0019】以上のように処理した基板の表面および断
面の電子顕微鏡観察の結果、図1(c)に示すように幅
5μmのストライプ状に厚さ150nmのチタン酸鉛薄
膜4が形成されていることがわかり、電子ビーム照射に
より基板上に塗布された溶液の結晶化が進行して金属酸
化物薄膜となり、希フッ酸への浸せきにより照射領域以
外の溶液のみが溶解除去されていることが確認された。
【0020】次に、本発明の金属酸化物薄膜の形成方法
をGaAsモノリシック集積回路作製におけるキャパシ
タ用誘電体薄膜形成工程に適用した場合の実施例につい
て説明する。
【0021】図2は本発明の金属酸化物薄膜の形成方法
を用いたGaAs集積回路の作製工程図である。まず、
図2(a)において5は半絶縁性GaAs基板で、6は
イオン注入領域である。その半絶縁性GaAs基板5上
に絶縁膜7を蒸着した後、リフトオフ法によりキャパシ
タ下側電極8を形成する。次に図2(b)に示すように
スピンコーティング法により酢酸鉛とチタンイソプロポ
キシドのイソプロパノール溶液2を塗布し、図2(c)
に示すようにキャパシタ形成領域のみに50keVの電
子ビーム3を照射した後、フッ酸の30倍希釈水溶液に
浸せきして図2(d)に示すようにキャパシタ用誘電体
となるチタン酸鉛薄膜4を形成し、図2(e)に示すよ
うにリフトオフ法によりキャパシタ上側電極9を形成す
る。その後の工程図2(f)から図2(g)は従来工程
である図4(h),(i)と同様である。ここで10は
オーミック電極、11はショットキー電極、12は配線
金属である。
【0022】ゾルゲル法を用いた従来の金属酸化物薄膜
の形成方法を用いて、図4で示したように作製した集積
回路内のFET単体の動作特性には、ゾルゲル法を用い
ず通常の蒸着法で誘電体薄膜を形成した場合と比較し
て、ソース・ドレイン間電流の減少,ショットキー耐圧
の低下,リーク電流お増大等の基板表面損傷による特性
劣化が認められた。
【0023】これに対して、本発明の方法を用いて図2
のように作製した場合には、通常法とほぼ同じFET動
作特性が得られ、Arイオンビームによる物理的エッチ
ングを回避し基板表面損傷を解消することの有効性が確
認された。
【0024】なお上記実施例において、得られる金属酸
化物薄膜の特性を向上させるために、フッ酸浸せき後に
GaAs基板5をアニールする工程を加えてもかまわな
い。また、電子ビーム以外にイオンビームやレーザ光照
射を用いても同様に金属酸化物薄膜を形成させることが
できる。
【0025】さらに、本実施例ではGaAs基板5を用
いたが、これ以外の半導体や金属,絶縁物など基板は何
であってもかまわない。また、チタン酸鉛等の誘電体以
外に磁性体,圧電体等いかなる金属酸化物に体しても適
用可能であることは言うまでもない。
【0026】またゾルゲル溶液としては金属アルコキシ
ド,金属塩および有機金属化合物のうち少なくとも一つ
を含有する有機溶媒溶液であればよく、またその有機溶
媒溶液に水を加えてもよい。
【0027】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
の金属酸化物薄膜の形成方法は、基板上に塗布されたゾ
ルゲル溶液の結晶化に電子ビーム,イオンビームまたは
レーザ光照射により発生する熱エネルギーを利用するこ
とにより所望の領域のみを結晶化する構成と不要な未照
射領域の除去に物理的エッチングではなく湿式化学エッ
チングを利用できるようにした構成によるので、基板表
面に全く損傷を与えることなく所望の領域のみに金属酸
化物薄膜を形成することが可能な金属酸化物薄膜の形成
方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における金属酸化物薄膜の形
成方法を示す工程断面図
【図2】図1の金属酸化物薄膜の形成方法を利用した集
積回路作製の工程断面図
【図3】従来の金属酸化物薄膜の形成方法を示す工程断
面図
【図4】図3の金属酸化物薄膜の形成方法を利用した集
積回路作製の工程断面図
【符号の説明】
1 基板 2 酢酸鉛とチタンイソプロポキシドのイソプロパノ
ール溶液(金属アルコキシド,金属塩および有機金属化
合物のうち少なくとも一つを含有する有機溶媒溶液) 3 電子ビーム 4 チタン酸鉛薄膜(金属酸化物薄膜)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に金属アルコキシド,金属塩およ
    び有機金属化合物のうち少なくとも一つを含有する有機
    溶媒溶液を塗布する工程と、その塗布された有機溶媒溶
    液の膜の所定領域に電子ビーム,イオンビームまたはレ
    ーザ光を照射して、照射領域を結晶化させる工程とを少
    なくとも有することを特徴とする金属酸化物薄膜の形成
    方法。
  2. 【請求項2】 有機溶媒溶液に水を加えることを特徴と
    する請求項1記載の金属酸化物薄膜の形成方法。
  3. 【請求項3】 照射領域を結晶化させる工程の後に、未
    照射領域を溶剤により除去する工程を付加することを特
    徴とする請求項1または2記載の金属酸化物薄膜の形成
    方法。
JP4045351A 1992-03-03 1992-03-03 金属酸化物薄膜の形成方法 Pending JPH05247658A (ja)

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Cited By (5)

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